Способ первичного вскрытия сложного кавернозно-трещинного карбонатного нефтегазонасыщенного пласта горизонтальным стволом большой протяженности

Способ первичного вскрытия сложного кавернозно-трещинного карбонатного нефтегазонасыщенного пласта горизонтальным стволом большой протяженности

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к нефтяной и газовой промышленности, а именно к технологии строительства глубоких скважин, в частности к способам первичного вскрытия скважинами продуктивных пластов с углеводородным насыщением.

Проблемой первичного вскрытия горизонтальным бурением карбонатных пластов с кавернозно-трещинным типом коллектора является крайне высокая проницаемость трещинной системы и крайне малый диапазон предельно допустимых давлений начала поглощения и начала проявления (или их градиентов). На практике это выражается резким переходом циркуляционной системы (пласт-скважина) из состояния поглощения бурового раствора в состояние газонефтеводопроявления.

Известен способ вскрытия продуктивного пласта на депрессии (Патент РФ 2540701, кл. Е21В 21/14, 2013), по сути являющийся адаптированным способом (Патент РФ 2199646, кл. Е21В 21/14, 2002). В данном способе подробно описываются технические аспекты применения технологии бурения на «депрессии», такие как изменение пластового давления в процессе проводки ствола в условиях длительно разрабатываемых залежей, компенсирование давления на забое работой дросселя на устье скважины при различных технологических операциях.

Данные способы имеют один существенный недостаток, а именно: в условиях сложного карбонатного кавернозно-трещинного нефтегазонасыщенного коллектора с аномально-низким пластовым давлением применение технологии бурения «на депрессии» в чистом виде ограничено в связи с геологическими особенностями объекта. Это связано с высоким давлением насыщения нефти, практически равным пластовому давлению (пластовое давление 21,4 МПа, давление насыщения 21,2 МПа), высоким газовым фактором (до 500 м³/сут), низким значением градиента поглощения, фактически равным значению коэффициента аномальности (0,091 МПа на 10 м), ограничению в допустимых значениях депрессии на пласт, зависящих от величины раскрытости трещин (от 0,3 МПа до 1,5 МПа), большие дебиты нефти (до 500-600 м³/сут). Совокупность данных факторов при использовании технологии бурения «на депрессии» в чистом виде приведет к неконтролируемому газонефтепроявлению в связи с тем, что однофазный поток нефти при создании даже минимальных депрессий (от 0,3 МПа) в призабойной зоне пласта будет переходить в двухфазный. При этом количество получаемого газа может достичь 300000 м³/сут и более, что сделает невозможным продолжение работ по бурению горизонтальной скважины без ликвидации газонефтепроявления, а значит и глушения скважины. Скважина также может перейти в режим фонтанирования газом в результате его прорыва через высокопроницаемые трещины (раскрытость трещин 1-10 мм и более) карбонатного коллектора. Управление величиной притока в условиях минимальных депрессий, создаваемых на пласт, становится также невыполнимой задачей, так как на практике из сложных карбонатных кавернозно-трещинных пластов получены притоки до 600 м³/сут нефти при депрессиях 0,15-0,2 МПа. Существует вероятность недоведения скважины до планового забоя и, следовательно, получение существенно меньших расчетных притоков нефти и газа на расчетный срок эксплуатации.

Наиболее близким является способ для бурения и заканчивания при программируемом давлении и программируемом градиенте давления (Патент РФ 2455453, кл. Е21В 21/08, 2008). Данный способ описывает возможность совмещения технологии бурения на репрессии и депрессии путем применения уплотнения, разобщающего две зоны давления в скважине. В зоне выше уплотнения - репрессия, ниже уплотнения - депрессия.

Данный способ имеет существенный недостаток, связанный с необходимостью упрочнения ствола скважины после бурения. В горно-геологических условиях сложного кавернозно-трещинного карбонатного нефтегазонасыщенного пласта при бурении горизонтального ствола большой протяженности возможность упрочнения ствола не представляется возможной в связи со специфическими характеристиками самого пласта. Прежде всего это связано с величиной раскрытия трещин (более 1 мм) и низким значением коэффициента поглощения, практически равного коэффициенту аномальности. Эти характеристики не позволяют не только проведение упрочнения ствола, но и даже его изоляцию кольматацией различными системами вплоть до «сшивающихся» полимеров. Без упрочнения ствола управление скважиной в процессе спуско-подъемных операций и после бурения скважины становится невозможным, так как выведение всей скважины на режим репрессии будет сопровождаться поглощениями, а впоследствии и газонефтеводопроявлениями. Будет необходим комплект оборудования для технологии бурения на «депрессии». Таким образом, применение данного способа в сложном кавернозно-трещинном карбонатном нефтегазонасыщенном пласте горизонтального ствола большой протяженности может привести к необоснованным рискам в экономике предприятия и промышленной безопасности.

Задачей заявленного способа является разработка эффективного алгоритма первичного вскрытия горизонтальным стволом большой протяженности в сложных геологических условиях карбонатного кавернозно-трещинного нефтегазонасыщенного пласта с высокими значениями раскрытости трещин, когда пластовая углеводородная система характеризуется аномально-низким пластовым давлением, а давление насыщения практически равняется пластовому давлению.

Техническим результатом является технологическая и экономическая эффективность разработки залежи нефти и газа.

Задача решается тем, что заявлен способ первичного вскрытия сложного кавернозно-трещинного карбонатного нефтегазонасыщенного пласта горизонтальным стволом большой протяженности, включающий использование базовых технологий бурения на «депрессии» и «репрессии», при этом определяют границы допустимых величин диапазонов «депрессии» (Δ_{депрессии}) и «репрессии» (Δ_{репрессии}) для кавернозно-трещинного карбонатного нефтегазонасыщенного пласта на основе горно-геологических данных, полученных при бурении и освоении предыдущих разведочных и эксплуатационных скважин; далее в процессе бурения горизонтального ствола с замкнутым контуром забойное давление (Р_{забойное}) в скважине поочередно сначала поддерживают ниже пластового давления (Р_{пластовое}) в рамках заданного диапазона «депрессии», затем забойное давление увеличивают выше пластового давления в рамках заданного диапазона «репрессии», объединенный допустимый диапазон комбинированого динамического забойного давления описывается неравенством:

Р_{пластовое} + Δ_{репрессии} ≥ Р_{забойное} ≥ Р_{пластовое} - Δ_{депрессии},

регулирование забойного давления осуществляется при помощи дросселирования на устье скважины, где величина давления дросселирования (Р_{дроссель}) в режиме «депрессии» определяется неравенством:

Р_{пластовое} - Р_{забойное} ≥ Р_{дроссель} ≥ (Р_{пластовое} - Δ_{депрессии}) - Р_{забойное},

а в режиме «репрессии»:

(Р_{пластовое} + Δ_{репрессии}) - Р_{забойное} ≥ Р_{дроссель} ≥ Р_{пластовое} - Р_{забойное}.

То есть процесс представляет собой поочередный перевод забойного давления на ось пластового давления, либо выше, либо ниже его значений в зависимости от ситуации в скважине, горизонтальное бурение в переходном (комбинированном) режиме.

Сущность изобретения: поддержание забойных давлений в скважине в рамках заранее определенных диапазонов «депрессии» и «репрессии» по алгоритму поочередного перевода скважины в режим проявления и поглощения, позволяющего вести проводку, углубление скважины по нефтегазонасыщенному пласту в осложненных условиях. Поочередный перевод скважины из проявления в поглощение предотвращает переход скважины в неконтролируемое газонефтеводопроявление, так как за этапом притока флюида из скважины следует этап задавки флюида в скважину (в пласт). Применение технологии бурения на комбинированном динамическом забойном давлении представляет собой регулируемый замкнутый цикл циркуляции.

Базовыми здесь являются технологии бурения "на депрессии", «на репрессии» и «на равновесии» (балансе). Бурение «на депрессии» представляет собой бурение с постоянным притоком пластового флюида в скважину (Р_{забойное} < Р_{пластовое}). Бурение «на репрессии» представляет собой бурение с постоянным поглощением (для сложного карбонатного кавернозно-трещинноватого пласта с АНПД) бурового раствора в скважину (Р_{забойное} >> Р_{пластовое}). Бурение «на равновесии» представляет собой бурение при давлениях, чуть больших или равных пластовому давлению (Р_{забойное} ≥ Р_{пластовое}), сопровождающееся в вышеописанном пласте частичными поглощениями. Однако в чистом виде ни одна из представленных технологий бурения в условиях сложного карбонатного кавернозно-трещинного нефтегазонасыщенного пласта не применима в чистом виде, либо очень ограничена в своем «узком» диапазоне динамических забойных давлений применения. Так, технология бурения «на депрессии» применима в крайне узком диапазоне допустимых текущих забойных давлений ниже пластового давления.

Для одного из месторождений Юрубчено-Тохомского ареала величина допустимой депрессии на пласт варьируется в зависимости от величины раскрытости трещин. При раскрытости трещин до 1 мм - допустимая величина депрессии (разница (дельта) между забойным и пластовым давлением - Δ_{депрессии}) составляет 1,6 МПа, при раскрытости 2-5 мм - 0,7 МПа, при раскрытости более 10 мм - 0,3 МПа. Для технологии бурения «на репрессии» и «на равновесии» для данного месторождения установлена максимальная разница (дельта) между забойным и пластовым давлением (Δ_{репрессии}). При репрессии более 0,3 МПа выше пластового давления интенсивность поглощения становится более 12 м³/час, что превышает технологический предел по возобновлению объемов бурового раствора путем его приготовления на буровой.

Таким образом, диапазон забойных давлений для описанных выше технологий можно представить неравенствами:

а) для технологий бурения «на репрессии и равновесии»

б) для технологии бурения «на депрессии»

Для повышения качества первичного вскрытия продуктивного пласта с углеводородным насыщением и обеспечения текущих показателей проходки в цикле бурения горизонтальных стволов в сложившихся геологических условиях применительно к сложному карбонатному типу коллектора и гидродинамическим условиям залежи (аномально низкие пластовые давления (АНПД), высокий газовый фактор) предлагается внедрение технологии на «комбинированном» динамическом забойном давлении с замкнутым контуром циркуляции. Заявляемый авторами способ регулируемого комбинированного динамического давления позволяет объединить в единой гидравлической программе рабочие диапазоны забойных давлений технологий «на репрессии и равновесии» и «на депрессии». Данный диапазон может быть представлен неравенством:

в) для технологии комбинированного динамического давления

Применение заявляемой технологии первичного вскрытия горизонтальным бурением с "комбинированным" регулируемым давлением с замкнутым контуром расширяет допустимый рабочий диапазон забойных давлений при первичном вскрытии сложного карбонатного кавернозно-трещинного коллектора с АНПД за счет суммирования допустимых диапазонов забойных давлений для технологий бурения «на репрессии» и «на депрессии».

Регулирование забойного давления в скважине осуществляется за счет компенсирования давления дросселирования на выкидной линии на устье скважины. Диапазон давления дросселирования (Р_{дроссель}) для вышеперечисленных и заявляемой технологии может быть представлен неравенствами:

а) для технологии бурения «на репрессии и равновесии»

б) для технологии бурения «на депрессии»

в) для технологии комбинированного динамического давления

Выражения в скобках характеризуют горно-геологические условия залегания нефтегазонасыщенного пласта (характеристика углеводородной системы).

Р_{забойное} находится в прямой зависимости от плотности бурового раствора в скважине. Р_{дроссель} имеет область значений выше ноля. В связи с этим при получении значений Р_{дроссель} ниже 0 (выход за область рабочих значений заданного диапазона) необходима корректировка забойного давления в сторону уменьшения путем снижения плотности бурового раствора (разбавление, азотирование и т.д.).

ПРИМЕР

(на основе геологических и технических данных по одному из месторождений Юрубчено-Тохомского ареала)

Рассмотрим горно-геологические условия и допустимые технологические диапазоны для выбранных условий (рифей, Юрубчено-Тохомское месторождение). Давление будет варьироваться в диапазоне от 203,34 (19,9 МПа) - 218,34 кгс/см² (21,4 МПа) (для технологии бурения «на депрессии») и 218,34 (21,4 МПа) - 221 кгс/см² (21,7 МПа) (для технологии бурения «на репрессии») (см. рис. 1). Верхняя граница обозначает максимальную приемлемую интенсивность поглощения (взята из фактических данных бурения скважин на Юрубчено-Тохомском месторождении). Нижняя граница описывает максимально возможную депрессию на пласт и зависит от проницаемости трещинных систем карбонатного пласта.

Технология бурения на репрессии позволяет бурить горизонтальный ствол только в диапазоне от 218,34 кгс/см² (21,4 МПа) до 221 кгс/см² (21,7 МПа) (без учета требований правил безопасности нефтяной и газовой промышленности, с применением вращающегося превентора). А технология бурения на депрессии позволяет бурить, то есть вести углубление скважины с возвратом бурового раствора по циркуляции, только в диапазоне 203,34 (19,9 МПа) - 218,34 кгс/см² (21,4 МПа). При объединении этих технологий в одну диапазон допустимых забойных давлений при бурении расширяется более чем в два раза, тем самым расширяя технологические возможности предлагаемой технологии бурения с комбинированным динамическим забойным давлением.

Учитывая исследования (Кашников Ю.А., Гладышев С.В., Разяпов Р.К., Конторович А.А., Красильникова Н.Б. Гидродинамическое моделирование первоочередного участка разработки Юрубчено-Тохомского месторождения с учетом геомеханического эффекта смыкания трещин. / Разработка и эксплуатация нефтяных месторождений, №4, 2011. C 104-107), определена максимально жесткая граница депрессии на пласт (нижняя граница для раскрытости трещин более 10 мм) - она составляет 3 кгс/см² (0,3 МПа) (то есть не ниже 215,34 кгс/см² (21,1 МПа)).

По фактическим данным, полученным при бурении, определена верхняя граница приемлемой интенсивности поглощения (12 м³/час), увязанной нами с технической и технологической возможностью приготовления бурового раствора и пополнения объема циркуляции - она составляет 3 кгс/см² (0,3 МПа) (то есть не выше 221 кгс/см² (21,7 МПа)).

Суть самой технологии первичного вскрытия горизонтальным бурением в условиях замкнутого закрытого контура "с комбинированным" регулируемым давлением можно также описать на графике совмещенных давлений (см. рис. 1). Из графика видно, что временные циклы, промежутки бурения на депрессии чередуются с промежутками бурения на репрессии. При этом промежутки бурения на депрессии будут короче в связи с тем, что расчетный дебит скважины при забойном давлении 215 кгс/см² (21,1 МПа) будет равняться 15-25 м³/час. При этом интенсивность поглощения при забойном давлении 221 кгс/см² (21,7 МПа) не превышает 12 м³/час.

Заявленный способ требует плавного включения насосов и одновременного снижения давления на дросселе. Также при остановках - плавно снижая расход промывочной жидкости на насосах, плавно поднимается давление на дросселе. При резком включении и отключении насосов возможно формирование газовых пузырей на забое скважины, негативное импульсное воздействие на трещины призабойной зоны пласта.

Все оборудование подбирается, исходя из фактических горно-геологических условий в скважине, и составляет стандартный комплект оборудования для технологии бурения «на депрессии».

В 2012-2013 гг. на месторождении испытана обоснованная авторами технология горизонтального бурения с комбинированной технологией, с контролем забойного давления при вскрытии продуктивного карбонатного коллектора. Заявляемые результаты при бурении с данной технологией были достигнуты. На рис. 2 показан анализ первичного вскрытия сложного трещиноватого карбонатного коллектора рифея с применением технологии комбинированного регулируемого давления, Юрубченская залежь. Также изображено сопоставление текущих результатов первичного вскрытия горизонтального участка 1000 м в нефтедобывающей скважине (полная циркуляция, проявление, поглощение бурового раствора) и участков активной трещиноватости по данным комплекса ГИС. Синий цвет - поглощение; красный - проявление. Подтвердился тот факт, что при бурении карбонатного кавернозно-трещинного коллектора равновесные условия в открытом горизонтальном стволе скважины создать невозможно. То есть бурение на «равновесии» также ограничено в силу специфических свойств сложного кавернозно-трещинного карбонатного нефтегазонасыщенного пласта.

Способ первичного вскрытия сложного кавернозно-трещинного карбонатного нефтегазонасыщенного пласта горизонтальным стволом большой протяженности, включающий бурения на «депрессии» и «репрессии», отличающийся тем, что определяют границы допустимых величин диапазонов «депрессии» (Δ_{депрессии}) и «репрессии» (Δ_{репрессии}) для кавернозно-трещинного карбонатного нефтегазонасыщенного пласта на основе горно-геологических данных, полученных при бурении и освоении предыдущих разведочных и эксплуатационных скважин; далее в процессе бурения горизонтального ствола с замкнутым контуром забойное давление (Р_{забойное}) в скважине поочередно сначала поддерживают ниже пластового давления (Р_{пластовое}) в рамках заданного диапазона «депрессии», затем забойное давление увеличивают выше пластового давления в рамках заданного диапазона «репрессии», а объединенный допустимый диапазон комбинированного динамического забойного давления описывается неравенством:Р_{пластовое} + Δ_{репрессии} ≥ Р_{забойное} ≥ Р_{пластовое} - Δ_{депрессии}, гдерегулирование забойного давления осуществляется при помощи дросселирования на устье скважины, где величина давления дросселирования (Р_{дроссель}) в режиме «депрессии» определяется неравенством:Р_{пластовое} - Р_{забойное} ≥ Р_{дроссель} ≥ (Р_{пластовое} - Δ_{депрессии}) - Р_{забойное};а в режиме «репрессии»:(Р_{пластовое} + Δ_{репрессии}) - Р_{забойное} ≥ Р_{дроссель} ≥ Р_{пластовое} - Р_{забойное}.